Zastosowania, przygotowanie i perspektywy rynkowe fluorku glinu

Fluorowodorek glinu (wzór sumaryczny: AlF3) jest powszechnie stosowany w przemyśle w postaci hydratu krystalicznego AlF3·3H2O. Trójwodny fluorowodorek glinu występuje jako bezbarwny, biały proszek o strukturze krystalicznej trygonalnej, podczas gdy bezwodny fluorowodorek glinu występuje jako duże kryształy układu heksagonalnego (kryształ jonowy). Ma gęstość 2,88 g/cm³, temperaturę topnienia 1040°C i temperaturę wrzenia 1291°C. Jest nierozpuszczalny w zimnej wodzie, rozpuszczalny w gorącej wodzie, trudno rozpuszczalny w roztworach kwasowych i zasadowych oraz nierozpuszczalny w większości rozpuszczalników organicznych. Nie reaguje podczas ogrzewania z ciekłym amoniakiem lub stężonym kwasem siarkowym, ani podczas topienia z wodorotlenkiem potasu. Jego właściwości chemiczne są bardzo stabilne; nie rozkłada się podczas ogrzewania, lecz ulega sublimacji.

• Jest on przede wszystkim stosowany w produkcji aluminium w celu obniżenia temperatury topnienia i zwiększenia przewodności elektrycznej elektrolitu.
• Służy jako inhibitor fermentacji w produkcji alkoholu, jako składnik topnika i glazury do ceramiki i emalii, a także jako topnik w hutnictwie metali nieżelaznych.

Obecnie ponad 95% przemysłowego fluorowodorku glinu jest zużywane przez przemysł aluminiowy. Służy jako dodatek do roztworu elektrolitu kriolitu i tlenku glinu, kompensując straty tlenku glinu, obniżając stosunek molowy elektrolitu i pierwotną temperaturę krystalizacji, a także pomagając kontrolować bilans cieplny podczas procesu elektrolizy aluminium; jest to niezbędny surowiec dla przemysłu aluminium elektrolitycznego.

1. (1) Proces na mokro

   Wykorzystując jako surowce proszek fluorytu klasy kwasowej, stężony kwas siarkowy i wodorotlenek glinu, gazowy fluorowodór powstający w reakcji proszku fluorytu ze stężonym kwasem siarkowym jest najpierw absorbowany w wodzie w celu uzyskania 30% roztworu kwasu fluorowodorowego. Roztwór ten następnie reaguje w fazie ciekło-stałej z wodorotlenkiem glinu, tworząc przesyccony roztwór fluorowodorku glinu. Ostatecznie produkt uzyskuje się poprzez krystalizację, filtrację i wysokotemperaturowe kalcynowanie w celu odwodnienia.

2. (2) Proces na sucho

   Podobnie jak w procesie na mokro, metoda ta wykorzystuje proszek fluorytu klasy kwasowej, stężony kwas siarkowy i wodorotlenek glinu jako surowce. Kluczowa różnica polega na przepływie procesu: gazowy fluorowodór powstający w początkowym etapie przechodzi przez system oczyszczania fazy gazowej w celu usunięcia pyłu i kwasu siarkowego. Następnie jest mieszany z suszonym wodorotlenkiem glinu (o wilgotności 12%) i wprowadzany do dwuwarstwowego reaktora fluidalnego. Tutaj zachodzą reakcje kalcynacji-odwodnienia i fluoryzacji, ostatecznie dając produkt fluorowodorku glinu.

3. (3) Proces soli glinu

   Powszechnie stosowane sole glinu do produkcji fluorowodorku glinu obejmują chlorek glinu, siarczan glinu, krzemian glinu i fluorek glinu.

   Metoda chlorku glinu polega na ogrzewaniu wodnego roztworu chlorku glinu z kwasem fluorowodorowym do 400°C w celu usunięcia gazowego chlorowodoru, produkując tym samym fluorowodorek glinu. Chociaż droga procesu jest prosta, użycie drogiego i silnie korozyjnego kwasu fluorowodorowego skutkuje wysokimi kosztami produkcji.

   Metoda siarczanu glinu polega na ogrzewaniu rudy fluorytu niskiej jakości z siarczanem glinu w celu wytworzenia osadu siarczanu wapnia (CaSO4) i roztworu fluorowodorku glinu; produkt końcowy uzyskuje się poprzez filtrację, krystalizację, suszenie i odwodnienie. Chociaż ta droga procesu jest stosunkowo złożona i opiera się na fluorycie – zasobie o ograniczonej podaży – wiąże się z niższymi kosztami wyposażenia w porównaniu do innych metod.

   Krzemian glinu jest najczęściej pozyskiwany bezpośrednio z naturalnych rud glinu, które są bezpośrednio reagowane z fluorowodorem w celu produkcji fluorowodorku glinu. Chociaż metoda ta oferuje prostą drogę procesu, użycie drogiego i silnie korozyjnego gazowego fluorowodoru znacznie zwiększa zarówno koszty produkcji, jak i wyposażenia.

Nowa globalna rewolucja przemysłowa, charakteryzująca się gospodarką niskoemisyjną, nieuchronnie popchnie przemysł fluorowodorku glinu w kierunku wyższej jakości i większej wydajności. Bezwodny fluorowodorek glinu, jako alternatywa dla standardowego produktu otrzymywanego metodą na sucho, będzie reprezentował najnowocześniejszą technologię w branży w najbliższej przyszłości; rzeczywiście, rozwój produktów fluorowodorku glinu o lepszych parametrach jest nieuniknionym trendem. Ponadto, wykorzystanie zasobów fluoru pochodzących z produktów ubocznych nawozów fosforanowych w celu stworzenia nowych kanałów dostaw – produkując tym samym bezwodny fluorowodorek glinu lub jego warianty o wysokiej wydajności – stanowi konieczny strategiczny wybór dla przyszłości branży.